Combining phytoremediation potential of Lemna gibba with biochar adsorption technology for cadmium, nickel and lead removal from wastewater

पानी हमारे ग्रह का जीवन रक्त है, लेकिन यह तेजी से अदृश्य विषाक्त पदार्थों के बोझ तले दब रहा है। इनमें सबसे खतरनाक कैडमियम, निकल और लेड जैसे भारी धातुएं हैं। ये तत्व टूटते या गायब नहीं होते; इसके बजाय, वे पर्यावरण में बने रहते हैं, मिट्टी और पानी में तब तक जमा होते रहते हैं जब तक कि वे पारिस्थितिकी तंत्र और मानव स्वास्थ्य को नुकसान पहुँचाने वाले स्तर तक नहीं पहुँच जाते। वे औद्योगिक कचरे, खनन और कृषि अपवाह के माध्यम से हमारी नदियों और आर्द्रभूमियों में प्रवेश करते हैं, जिससे किडनी की बीमारी और तंत्रिका संबंधी विकारों जैसे गंभीर जोखिम पैदा होते हैं। क्योंकि ये धातुएं इतनी जिद्दी हैं, इसलिए इनकी सफाई करना कठिन है। पारंपरिक तरीके अक्सर महंगे रसायनों या ऊर्जा-गहन मशीनरी पर निर्भर करते हैं जो कई विकासशील क्षेत्रों के पास वह सामर्थ्य नहीं है। इसने वैज्ञानिकों को उत्तरों के लिए प्रकृति की ओर देखने के लिए प्रेरित किया है, विशेष रूप से जीवित पौधों की प्रदूषकों को सोखने की क्षमता और उन पौधों को ऐसे पदार्थों में बदलने की क्षमता की ओर जो विषाक्त पदार्थों को फंसा सकते हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, मलेशिया और इराक के शोधकर्ताओं ने डकवीड (duckweed), विशेष रूप से लेम्ना गिब्बा (Lemna gibba) नामक एक छोटे, तैरते हुए जलीय पौधे का उपयोग करके इस समस्या से निपटने के लिए दो-भाग वाली रणनीति का पता लगाया। यह पौधा स्थानीय जलमार्गों में आम है और तेजी से बढ़ता है, जो इसे पानी को साफ करने के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बनाता है। टीम ने एक दोहरी पद्धति की जांच की: पहले, उन्होंने परीक्षण किया कि जीवित पौधा दूषित पानी से कैडमियम, निकल और लेड को कितनी अच्छी तरह निकाल सकता है। दूसरा, उन्होंने उसी पौधे को उसके कार्य के बाद लिया, उसे सुखाया, और ऑक्सीजन के बिना एक नियंत्रित वातावरण में गर्म करके बायोचार (biochar) नामक एक चारकोल जैसी पदार्थ बनाया। फिर उन्होंने इस बायोचार का परीक्षण किया कि क्या यह धातुओं को सोखने के लिए एक शक्तिशाली स्पंज के रूप में कार्य कर सकता है। लक्ष्य यह देखना था कि क्या पौधे का दो बार उपयोग करना—एक बार जीवित और एक बार संसाधित सामग्री के रूप में—पानी को शुद्ध करने का एक कम लागत वाला, टिकाऊ तरीका प्रदान कर सकता है।

शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में कृत्रिम अपशिष्ट जल बनाना शुरू किया, जिसमें पानी को 0.5 से 5.0 मिलीग्राम प्रति लीटर की सांद्रता में सटीक मात्रा में कैडमियम, निकल और लेड मिलाया गया। उन्होंने 30 ग्राम जीवित डकवीड को तीन लीटर प्रदूषित पानी वाले कंटेनरों में रखा और देखा कि क्या होता है। उन्होंने धातु के स्तर को प्रतिदिन मापा ताकि यह ट्रैक किया जा सके कि पौधे ने कितनी मात्रा अवशोषित की। परिणाम चौंकाने वाले थे। जीवित डकवीड अत्यधिक प्रभावी साबित हुआ, जिसने उच्च सांद्रता में भी पानी से लगभग सारा लेड और कैडमियम निकाल दिया। निकल भी कुशलतापूर्वक हटाया गया, हालांकि अन्य दो धातुओं की तुलना में थोड़ा कम प्रभावी था। यह प्रक्रिया शुरुआत में तीव्र थी, जिसमें पौधे ने पहले दस दिनों के भीतर अधिकांश विषाक्त पदार्थों को सोख लिया, और फिर अपनी सीमा तक पहुँचने से पहले धीमी हो गई। हालांकि, अध्ययन में यह नोट किया गया कि भारी धातुओं ने पौधे पर बुरा प्रभाव डाला; प्रयोग के अंत तक, पत्तियां पीली पड़ गई थीं, जो विषाक्त वातावरण के कारण तनाव का संकेत था।

जबकि जीवित पौधा अच्छा काम कर रहा था, शोधकर्ता जानना चाहते थे कि क्या पौधा अपने जीवन चक्र के अंत के बाद और भी अधिक कर सकता है। उन्होंने डकवॉइड को सुखाया, और बायोचार बनाने के लिए उसे गर्म किया, एक ऐसी प्रक्रिया जिससे मूल पौधे की सामग्री से लगभग 44.5 प्रतिशत चारकोल प्राप्त हुआ। जब उन्होंने सूक्ष्मदर्शी के नीचे इस नई सामग्री का परीक्षण किया, तो उन्होंने देखा कि यह अत्यधिक छिद्रपूर्ण हो गई थी, जो सूक्ष्म छिद्रों और चैनलों से भरी हुई थी जो धातुओं को फँसाने के लिए एक विशाल सतह क्षेत्र प्रदान करती थी। फिर उन्होंने इस बायोचार को दूषित पानी के ताजे बैचों में डाला ताकि यह देख सकें कि यह विषाक्त पदार्थों को कितनी अच्छी तरह अवशोषित करता है। बायोचार ने असाधारण रूप से अच्छा प्रदर्शन किया, अक्सर जीवित पौधे की तुलना में धातुओं को अधिक कुशलता से साफ किया, हालांकि इसकी गति धातु और सांद्रता के अनुसार भिन्न थी। जबकि जीवित पौधे को अधिकतम निष्कासन के लिए 15 दिनों तक समय लग सकता था, बायोचार ने 12 से 48 घंटों के भीतर संतुलन प्राप्त कर लिया, जिसमें कुछ सांद्रता केवल एक दिन में पूर्ण निष्कासन तक पहुँच गईं। बायोचार ने लेड को पकड़ने में विशेष शक्ति दिखाई, उसके बाद कैडमियम और फिर निकल, जो संभवतः चारकोल की सतह के विशिष्ट रासायनिक गुणों के कारण था।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि इन दोनों विधियों को संयोजित करना जल उपचार के लिए एक शक्तिशाली, चक्रीय समाधान प्रदान करता है। जीवित पौधे का उपयोग समय के साथ पानी के बड़े आयतन को साफ करने के लिए किया जा सकता है, और एक बार जब इसने अपना उद्देश्य पूरा कर लिया, तो इसे पानी को और अधिक पॉलिश करने या नए बैचों को उपचारित करने के लिए एक अत्यधिक कुशल फिल्टर सामग्री में बदला जा सकता है। यह दृष्टिकोण एक अपशिष्ट उत्पाद को एक मूल्यवान संसाधन में बदल देता है, जिससे बायोमास की उपयोगिता अधिकतम हो जाती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जबकि जीवित पौधा धीमी, बड़े पैमाने पर सफाई के लिए उत्कृष्ट है, वहीं बायोचार तीव्र, उच्च-दक्षता वाले निष्कासन के लिए बेहतर है। एक ही पौधे का दोनों भूमिकाओं के लिए उपयोग करके, यह विधि अपशिष्ट को कम करती है और एक लागत प्रभावी रणनीति प्रदान करती है जो उन क्षेत्रों के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकती है जहाँ औद्योगिक प्रदूषण अधिक है लेकिन उन्नत उपचार बुनियादी ढांचा की कमी है। प्रकृति की अपनी सामग्रियों का यह दोहरा उपयोग स्वच्छ जल की ओर एक मार्ग सुझाता है जो पर्यावरण के अनुकूल और आर्थिक रूप से व्यवहार्य दोनों है।